加工表面高平坦化方法及其裝置制造方法
【專利摘要】在物體加工表面的高平坦化方法中，在研磨工具的接觸表面上設計制作具有形狀大小為1～100μm、深度為1～5μm以及所占接觸表面的密度為20～50%的微米凹痕圖形，并在研磨工具和加工物體接觸表面間添加顆粒大小為0.1～6μm的研磨劑，使兩接觸表面間形成摩擦接觸運動的粒子研磨，在各種材料加工表面中獲得全局的高平坦化的超精密平整加工表面。
【專利說明】加工表面高平坦化方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是屬于磨削加工方法的范疇，尤其是超精密平整加工金屬及非金屬表面以及軟、硬材質表面的高平坦化方法和裝置。
[0002]
【背景技術】
[0003]目前，很多半導體生產企業(yè)為了實現納米級的半導體，廣泛研究和應用多種超精密平整加工的平坦化技術。在物體加工表面的精密平整加工方法中，精密粒子加工方法雖然在加工陶瓷等硬材質(含碳量> 0.4%)表面時具有較好的平整效果，但在加工銅、金等軟材質(含碳量〈0.3%)表面時幾乎不可能實現全局的平坦化。隨著半導體工業(yè)飛速發(fā)展，電子器件尺寸縮小以及化學機械研磨工程中使用的材料的微細化，對軟材質表面的超精密平整加工的高平坦化方法越來越受重視。而且，在模具加工領域以及光學等領域中，對軟、硬材質表面的超精密平整加工的平坦化方法也受廣泛關注。

【發(fā)明內容】

[0004]為了獲得金屬及非金屬等加工表面的全局的平坦化以及半導體表面的納米級的平整度，本發(fā)明提供物體加工表面的超精密平整加工的高平坦化方法和裝置。該方法和裝置對金屬及非金屬的加工表面以及軟、硬材質的加工表面，在超精密平整加工中都能完整地獲得全局的平坦化的超精密平整平面。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:①在物體加工表面的高平坦化方法中，在研磨工具的接觸表面上設計制作具有形狀大小為I?100 、深度為I?5 以及所占接觸表面積的密度為20?50 %的微米凹痕圖形；并在研磨工具和加工物體接觸表面間添加顆粒大小為0.1?6的研磨劑，使兩接觸表面間形成摩擦接觸運動的粒子研磨，在各種材料加工表面的平整加工中獲得全局的高平坦化的表面。②圖3所示，在物體加工表面的高平坦化加工裝置中，在箱體(5)內電動機(4)的電動機軸(3)上固定了在接觸表面
[6]上具有I?100形狀大小、I?5 深度以及20?50 %密度的微米凹痕圖形(2)的研磨工具(1)，在固定立柱(11)上安裝了在水平狀態(tài)下可上下移動的移動臂(10)。在移動臂(10 )的端部上安裝了夾緊被加工物體(7 )的固定架(8 )，在固定架(8 )的上方安裝了加載器(9 )。利用加載器(9 )對被加工物體(7 )施加載荷，使被加工物體(7 )表面和旋轉的具有微米凹痕圖形(2)的研磨工具(I)接觸表面(6)，在一定的接觸壓力和微細顆粒研磨劑介質中形成摩擦接觸運動，達到粒子研磨機理為目的的。
[0006]本發(fā)明的實施方法和裝置的有益效果是，可以在金屬及非金屬加工表面以及軟、硬材質加工表面進行超精密平整加工，可獲得物體加工表面的全局的高平坦化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的方法和裝置進一步說明。[0008]圖1是研磨工具及接觸表面上的微米凹痕圖形形狀和排列圖。
[0009]圖2是利用照相平板印刷術制作微米凹痕圖形步驟圖。
[0010]圖3是高平坦化的超精密平整加工裝置簡圖。
[0011]
圖中1.研磨工具，2.微米凹痕圖形，3.電動機軸，4.電動機，5.箱體，6.接觸表面，
7.加工物體，8.固定架，9.加載器，10.移動臂，11.固定立柱。
[0012]本發(fā)明實施例中，為了對金屬及非金屬的加工表面以及軟、硬材質的加工表面進行全局的高平坦化，先設計制作出如圖1所示的具有微米凹痕圖形(2)的研磨工具(1)，然后通過被加工物體(7)表面和旋轉的具有微米凹痕圖形(2)的研磨工具(I)的接觸表面
(6)，在一定的接觸壓力和顆粒大小為0.1?6的微細研磨劑介質中形成的摩擦接觸運動下的粒子研磨，將獲得全局的高平坦化的超精密平整加工表面。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]在圖1所示實施例中，在研磨工具(I)的接觸表面(6)上設計制作出有規(guī)則的微米凹痕圖形(2)。微米凹痕圖形(2)的形狀尺寸s為I?100 、深度d為I?5 和微米凹痕圖形(2)所占的密度為表面積的20?50 %。兩相鄰微米凹痕圖形(2)之間的平均寬度P為以微米凹痕圖形(2)尺寸s = 100 為基準時所取的值P = 150?200 為最適當，兩相鄰微米凹痕圖形(2)之間最佳的最小寬度P為微米凹痕圖形(2)形狀尺寸s的1.5倍。微米凹痕圖形(2)形狀可為圓形、四角形和三角形等多種形狀，可制作成規(guī)則排列，也可制作成噴霧器噴射方式的無規(guī)則狀態(tài)。圖1所示的微米凹痕圖形(2)的成形條件為通過本發(fā)明的實驗所獲得的結果。在研磨工具(I)的接觸表面(6)的微米凹痕圖形(2)密度中，如果密度大于本發(fā)明中所規(guī)定的20?50 %，或者形狀尺寸s過大，或者兩相鄰寬度P過窄，則很容易在被加工物體(7)的表面上形成劃痕。但相反則需要更長的加工時間以及更難于加工，而且還發(fā)生由長時間加工而引起的更多的表面劃痕。
[0015]在圖2所示的本發(fā)明實施例中，利用照相平板印刷術經過100多階段制作完成了如圖1所示的研磨工具(I)接觸表面上的(6)有規(guī)則的微米凹痕圖形(2)。圖2的100階段所示，首先設計為符合上述微米凹痕圖形(2)成形條件的微米圖形后，在玻璃板表面上印制成具有微米圖形的玻璃面罩。在研磨工具(I)接觸表面(6)上涂覆成很薄的光致抗蝕劑(Photo Resist)(圖2的102階段)后，利用曝光器光線照射印有微米圖形的玻璃面罩，使涂覆成光致抗蝕劑薄膜的研磨工具(2)接觸表面(6)上的微米圖形被曝光并進行顯像處理，制作出接觸表面(6)上具有和玻璃面罩圖形相同的微米凹痕圖形(2)的研磨工具(I)(圖2的104階段)。然后，在圖2的106階段實施例中，利用化學物質的電化蝕刻方法獲得了接觸表面(6)上的微米凹痕圖形(2)，其凹痕深度d (I?5 )由電化蝕刻的蝕刻時間來控制和調整的。最后，去掉在研磨工具(I)接觸表面(6)上殘留下的光致抗蝕劑薄膜(圖2的108階段)后,獲得接觸表面(6)上具有如圖1所不的微米凹痕圖形(2)的研磨工具(I)(圖2的109階段)。
[0016]在本發(fā)明實施例中，圖2的110階段所示，利用接觸表面(6)上具有如圖1所示的微米凹痕圖形(2)的研磨工具(1)，通過在一定的接觸壓力以及顆粒大小為0.1?6的微細研磨劑介質中的摩擦接觸運動下的粒子研磨，獲得高平坦化的超精密平整加工表面。在本研究實施例中，研磨劑采用了顆粒大小為0.1?6的金剛石研磨膏。但實驗結果可知，研磨劑顆粒大小為3 時，對加工表面的劃痕以及難于加工具有最大限度的改善效果。
[0017]在圖3所示的實施例中，利用在箱體上(3)固定的電動機(4)，帶動圓盤形狀的研磨工具(I)使研磨工具(I)以電動機軸(3)線為中心做回轉運動。在箱體(5)的上方固定了垂直的固定立柱(11)，在垂直的固定立柱(11)上安裝了保持水平狀態(tài)下可上下移動的移動臂(10 )，在移動臂(10 )的端部上安裝了夾緊加工物體(7 )的固定架(8 )。在固定架(8 )上方再安裝加載器(9)，利用加載器(9)對被加工物體(7)施加載荷。
[0018]在本發(fā)明實施例中，利用固定架(8)固定被加工物體(7)，使加工表面和研磨工具
(I)的接觸表面(6)形成良好的相互接觸。在兩接觸表面之間添加金剛石研磨膏后，利用加載器(9 )對被加工物體(7 )上施加載荷，使被加工物體(7 )的表面和旋轉的具有微米凹痕圖形(2)的研磨工具(I)的接觸表面(6)在載荷為I?6kg的接觸壓力和金剛石研磨膏介質中形成摩擦接觸運動的粒子研磨。在本發(fā)明實施例中，通過實驗結果可知，在上述條件下的摩擦接觸運動的粒子研磨在電動機(4)的轉速為20?IOOrpm (轉速/分)速度條件下，分別對直徑為0 = 5 mm的金屬及非金屬的加工表面進行了超精密平整加工，成功獲得了加工精度為I?20nm的全局的高平坦化的超精密平整平面。
[0019]可知，通過本發(fā)明的高平坦化方法和裝置的直接使用或者應用等可以解決在半導體晶片以及半導體相關微小器件的超精密平整加工中的高平坦化技術難題。也可以通過直接使用、變更或變形等應用，很好地解決在模具加工領域以及光學等領域中的超精密加工表面的全局的高平坦化問題。
【權利要求】
1.在物體加工表面的高平坦化方法中，在研磨工具(I)的接觸表面(6)上設計制作具有形狀大小為I?100 、深度為I?5 以及占接觸表面積的密度為20?50 %的微米凹痕圖形(2);并在研磨工具(I)和加工物體接觸表面間添加顆粒大小為0.1?6 的研磨齊U，使兩接觸表面間形成摩擦接觸運動的粒子研磨過程為特征的，在各種材料加工表面的超精密平整加工中獲得全局的高平坦化方法。
2.根據權利要求1所述的方法，以相鄰兩微米凹痕圖形(2)之間的平均寬度P為100 200以及最小寬度為微米凹痕圖形(2)形狀大小s的1.5倍為特征的，對加工表面進行平坦化的方法。
3.在物體加工表面的高平坦化加工裝置中，在箱體(5)內電動機(4)的電動機軸(3)上固定了在接觸表面(6)上具有I?100 的形狀大小、I?5 的深度以及20?50 %密度的微米凹痕圖形(2)的研磨工具(I )，在固定立柱(11)上安裝了在水平位置狀態(tài)下可上下移動的移動臂(10)，在移動臂(10)的端部，安裝了夾緊被加工物體(7)的固定架(8)，在固定架(8)的上方又安裝了加載器(9)，利用加載器(9)對被加工物體(7)施加載荷，使被加工物體(7)表面和旋轉的具有微米凹痕圖形(2)的研磨工具(I)接觸表面(6)，在一定的接觸壓力和微細顆粒研磨劑介質中形成摩擦接觸運動的粒子研磨為特征的，對加工表面高平坦化的加工裝置。
4.在權利要求3中，維持使加載器(9)對加工物體(7)施加的載荷為I?IOkg為特征的高平坦化加載裝置。
5.在權利要求3和權利要求4中，加工物體(7)為半導體晶片以及半導體相關微小器件為特征的高平坦化加工裝置。
【文檔編號】B24B37/07GK103707178SQ201310059271
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年2月26日 優(yōu)先權日:2013年2月26日
【發(fā)明者】任靖日 申請人:任靖日